Гравитационные волны

Вид для печати

12.02.2016, 21:10
Zed

Гравитационные волны

Вроде как зафиксировали гравитационные волны, предсказанные 100 лет назад.

Цитата:

100 лет на ответ

Наверняка все уже об этом слышали, но, учитывая шумиху, я все же не могу проигнорировать тот факт, что вчера было официально подтверждено существование гравитационных волн.

14 сентября 2015 года детектора LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) обнаружили сигнал, который был вызван слиянием двух черных дыр с массами 36 и 29 солнечных. Событие произошло на расстоянии примерно 1.3 миллиарда световых лет. В результате образовалась черная дыра с массой в 62 массы Солнца и спином 0.62. Что касается оставшихся трех солнечных масс, то за доли секунды они были преобразованы в энергию гравитационных волн.

Детекторы LIGO представляют собой собранные по Г-схеме лазерные интерферометры, с длиной плеча в четыре километра. Они расположены на расстоянии трех тысяч километров друг от друга, что учитывая скорость света, дает задержку сигнала до 10 миллисекунд. При прохождении через детекторы, гравитационные волны вызывают отклонение лазерного луча, которое можно зафиксировать.

В теории все вроде как было просто (ну не считая самого факта создания и обслуживания подобной установки), но на практике все оказалось куда сложнее. На первой стадии эксперимента физики не могли добиться достаточной чувствительности интерферометра для фиксации тех небольших смещений, которые вызываются прохождением гравитационных волн. Летом 2015 года детекторы прошли модернизацию, увеличившую точность их измерений почти на порядок. Как видим, результат не заставил себя долго ждать.

Зафиксированные в сентябре 2015 года гравитационные волны вызвали смещение лазерного луча на 1/1000 диаметра протона

Поскольку детекторов всего два, этого недостаточно чтобы точно вычислить участок на небе, откуда пришли гравитационные волны. Но учитывая задержку сигнала в 7 миллисекунд, известно, что источник сигнала находился в небе южного полушария.

Таким образом, физикам потребовалось чуть меньше сотни лет, чтобы доказать существование гравитационных волн, предсказанное ОТО еще в 1916 году. Помимо очередного подтверждения выкладок Эйнштейна, данные LIGO позволили физикам получить ограничения на параметры гравитона — гипотетической частицы-переносчика гравитационного взаимодействия.

Вот что получается, если перевести зафиксированные LIGO отклонения сигнала в звук

http://www.youtube.com/watch?v=TWqhUANNFXw

Помимо физики, открытие волн послужит значительным стимулом и для развития гравитационной астрономии. Напомню, что в этом году в космос был запущен аппарат LISA Pathfinder. Он протестирует технологии поиска гравитационных волн, которые планируется использовать в рамках миссии eLISA, задача которой построить гравитационную карту неба.

http://kiri2ll.livejournal.com/385954.html
12.02.2016, 21:13
Zed

Ну и собственно само заявление:

http://www.youtube.com/watch?v=n5Ycv2yYNG8
13.02.2016, 03:35
Самогон

Приятно как решение уравнений теории поля подтверждены. Это обнадежило многих хотя уже были эксперементы по отклонению света гравитационной массой. Теперь пойдут делать более тонкие инструменты, финансирование пойдет.
Ляпота господа, поздравляю.
13.02.2016, 09:40
танкист

Пока не могу сформулировать, но есть какое-то смутное ощущение сомнительности...
(грубо) Потряси заряженным телом - вот тебе и электрическая волна. Потряси тяжёлым телом - вот тебе и гравитационная... Чего тут особенного? :blush:
13.02.2016, 11:08
Самогон

То что масса искривляет пространство-время, собственно гв сотрясяют саму метрику. Ничего особенного в стравнении с зарядом и нет, просто долгожданное подтверждение блестящей теории. Кстати приверженцы всеобщего объединения ратуют за то что все поля можно будет описать единой системой уравнений. Не уставая удивляться красоте вселенной, я тоже надеюсь на это.
13.02.2016, 11:44
танкист

Цитата:

Сообщение от Самогон

единой системой уравнений

Единое уравнение Вселенной... Да, это очень красиво!!
13.02.2016, 11:47
Zed

Цитата:

Сообщение от танкист

Пока не могу сформулировать, но есть какое-то смутное ощущение сомнительности...

Аналогично...
Настораживает излишняя театральность объявления результата. Возможно, в расчёте на это:

Цитата:

Сообщение от Самогон

...финансирование пойдет.
13.02.2016, 15:29
Самогон

Не а шо ви себе думаете! Физики-теоретики тоже хотят кушать, а кушают они дай Бог каждому так кушать.
15.06.2016, 23:00
Zed

Вроде как зафиксировали второе событие:

Цитата:

«Эра гравитационной астрономии»: учёные объявили о втором обнаружении гравитационных волн
15 июня 2016, 21:06

Гравитационные волны от ещё одной пары столкнувшихся чёрных дыр зафиксировали учёные. Этот случай стал вторым за всю историю. О своих исследованиях рассказали учёные коллаборации Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории (LIGO), в которую входят специалисты из 15 стран, включая Россию.

11 февраля 2016 года было официально объявлено о первом обнаружении гравитационных волн, которые представляют собой возмущение метрики пространства-времени. Открытие подтвердило предсказание общей теории относительности Альберта Эйнштейна, сделанное в 1915 году, и ознаменовало начало новой области гравитационно-волновой астрономии.
Сегодня стало известно, что гравитационные волны были обнаружены во второй раз. Волны были зарегистрированы двумя детекторами LIGO, которые расположены в городе Ливингстоне штата Луизиана и городе Хэнфорде штата Вашингтон, следует из сообщения пресс-службы МГУ им. М.В. Ломоносова.
«Второе детектирование гравитационных волн от сливающихся чёрных дыр детекторами LIGO очень важно. Фундамент для создания гравитационно-волновой астрономии становится крепче и надёжнее», — заявил руководитель московской группы LIGO, профессор физического факультета МГУ Валерий Митрофанов.
«Важно то, что второй сигнал был порождён чёрными дырами с относительно небольшими массами, что гораздо лучше соответствует предсказаниям астрофизиков. Теперь мы можем быть более уверены в том, что первое событие не было редчайшим исключением», — сообщил профессор физического факультета МГУ Фарид Халили.
«Гравитационные волны — эти летящие кусочки кривизны пространства-времени — из экзотики стали источником новой информации о Вселенной и открыли эру гравитационной астрономии», — отметил профессор физического факультета МГУ Сергей Вятчанин.
Как сообщили учёные, в отличие от сигнала, зарегистрированного при первом детектировании гравитационных волн, который был ясно виден на фоне шума, второй сигнал был слабее и не просматривался в шуме явно. Однако «отфильтровать» его удалось с помощью специальной методики. Физики пришли к выводу, что обнаруженные гравитационные волны были порождены двумя чёрными дырами массой в 14 и 8 раз больше массы Солнца в последние доли секунды их слияния и образования одной, более массивной вращающейся чёрной дыры. Масса последней, в свою очередь, в 21 раз превышает массу Солнца. Детектор в Ливингстоне записал событие на 1,1 миллисекунды раньше детектора в Хэнфорде, это позволило дать грубую оценку расположения источника на небесной сфере.
«Новый результат знаменует превращение чрезвычайно дорогого научного эксперимента LIGO в инструмент для непрерывного извлечения иначе недоступной информации об устройстве Вселенной», — сообщил профессор физического факультета МГУ Михаил Городецкий.
«Повторное обнаружение гравитационных волн даёт мощный импульс для создания по всему миру гравитационно-волновых детекторов нового поколения для дальнейшего исследования манящей Вселенной», — добавил доцент физического факультета МГУ Сергей Стрыгин.
Следующий цикл наблюдений намечен на осень текущего года. Ожидается, что к тому времени дальнейшее улучшение чувствительности детекторов позволит LIGO увеличить объём зондируемой Вселенной в 1,5-2 раза. Также ожидается, что во второй половине этого цикла наблюдений вступит в строй детектор Virgo.
Исследования в LIGO осуществляются в рамках научной коллаборации LIGO — LSC — коллективом из более 1 тыс. учёных из 15 стран, включая РФ. Россия представлена в LSС группой физического факультета МГУ и коллективом нижегородского Института прикладной физики РАН. В настоящее время коллектив научной группы МГУ активно участвует в разработке гравитационно-волновых детекторов следующего поколения, которые придут на смену нынешним детекторам и обеспечат значительное увеличение их чувствительности, что позволит практически ежедневно обнаруживать гравитационно-волновые сигналы. Одним из таких проектов является LIGO-Voyager.
Обсерватория LIGO была задумана, построена и эксплуатируется Калифорнийским и Массачусетским технологическими институтами и финансируется Национальным научным фондом США. Открытие было сделано на основе показаний этих двух детекторов совместно научной коллаборацией LIGO и коллаборацией Virgo.
Коллаборация Virgo состоит из более чем 250 физиков и инженеров, принадлежащих к 19 различным европейским исследовательским группам.

https://russian.rt.com/article/30779...avili-o-vtorom

Оригинал новости на английском: http://www.eurekalert.org/pub_releas...-gwd061316.php
25.06.2016, 10:09
Zed
Разработка нового инструмента для зарождающегося на наших глазах раздела наблюдательной астрономии.
Гравитационная астрономия.
Цитата:
Большая улыбка от маленьких фемтометров: LISA Pathfinder превзошла ожидания

Фемтометр - это 10-15 метра. Для наглядности, диаметр протона составляет примерно 1,7 фемтометра. 10-14 м/с2 - это одна миллионная от одной миллиардной ускорения свободного падения на Земле. И именно такую точность, минимум в пять раз выше изначально запланированной, показал технологический демонстратор гравитационного телескопа LISA Pathfinder.
Небольшое введение

LISA Pathfinder - это аппарат для проверки возможности очень точного измерения гравитационного воздействия на тестовые массы - два кубика из сплава золота и платины, висящие в пространстве. На кубики, в идеале действует только искривление пространства-времени гравитацией. Зонд вместе со всем оборудованием висит в космосе, не касаясь кубиков, компенсируя двигателями малой тяги давление солнечного ветра и прочие возмущения. Положение кубиков очень точно измеряет специальный лазерный интерферометр. Более подробно конструкция зонда с картинками описана тут.

Планы и результаты

Этот график показывает чувствительность в зависимости от частоты. Аналогия со звуком вполне корректна - сталкивающиеся объекты разной массы будут гравитационно "звучать" на разных частотах, какие-то выше, какие-то ниже. LPF Requirements - расчетные значения чувствительности для LISA Patfinder. LISA Requirements - требования к будущему гравитационному детектору LISA из трех зондов. Линия - одна миллионная от одной миллиардной ускорения свободного падения на Земле.

Уже первое включение 1 марта 2016 года вызвало большие и широкие улыбки на лицах ученых - LISA Pathfinder превзошла по чувствительности расчетные параметры!

В течение месяца зонд настраивали, убирая очевидные технические помехи, и чувствительность стала еще лучше, на высоких частотах оказавшись выше, чем это требуется для полноценного детектора:

Интересно, что за прошедшее время ученые и инженеры поняли источники помех, и оказалось, что, в зависимости от частоты, они вызваны тремя причинами:

В левой части, на низких частотах, мешает сама конструкция аппарата. Работают двигатели, электроника, даже от звездных датчиков, которые фактически являются цифровыми фотоаппаратами без тяжелых движущихся частей, все равно идет шум.
В средней части шум возникает от врезающихся в кубики отдельных молекул. Несмотря на то, что емкость с кубиками открыта в вакуум и давление там практически равно нулю, отдельные молекулы воздуха с Земли еще не успели вылететь наружу, и мешают наблюдениям. К счастью, со временем их остается все меньше, и в этом диапазоне частот точность повышается сама собой:

Красная линия - чувствительнось в мае, она лучше, чем синяя линия апреля

Ну и, наконец, в верхней части шум возникает от интерферометра - в реальности кубики не двигаются, но прибор показывает фантомное движение из-за собственного шума.

С такой точностью детектор LISA сможет увидеть гравитационные события, происходящие за миллиарды световых лет:

Желтая линия на графике - это падение маленькой черной дыры в большую на расстоянии 3 миллиарда световых лет. А столкновение двух галактик с черными дырами в центре LISA сможет увидеть за 12 миллиардов световых лет. Это близко к Большому взрыву. И если благодаря телескопу Хаббл мы можем видеть очень далекие древние галактики, то гравитационная астрономия позволит заглянуть даже в то время, когда Вселенная была непрозрачной (первое время после Большого взрыва вещество во Вселенной было настолько близким друг к другу, что фотоны не могли далеко улететь).

Расчетное столкновение галактик должно быть гораздо "громче", чем чувствительность LISA

Пара интересных фактов

В начале июня ученые из проекта LISA Pathfinder отвечали на вопросы на Reddit, и из тех диалогов мы узнали еще несколько интересных вещей.

Прежде всего, "железо" проекта работает прекрасно, до сих пор работает первый комплект двигателей (на зонде два комплекта).

Давление солнечного ветра на LISA Patfinder составляет 28 микроньютонов.

Причина помехи, дающей пик в правой части графика пока не установлена, но ученые подозревают интерференцию от оборудования. Со временем они хотят собрать телеметрию на другой частоте, чтобы установить точную причину и устранить ее.

Будущее

Несмотря на огромный успех LISA Pathfinder и желание, чтобы гравитационный телескоп всматривался в тайны Вселенной уже сейчас, не стоит забывать, что полноценный детектор из трех аппаратов должен появиться только в 2034 году, а, учитывая постоянное смещение по срокам сложных технических проектов, скорее всего и того позже. Несмотря на успех приборов по измерению гравитационного воздействия еще не все технологии, требуемые для LISA, созданы. Например, мы (человечество) пока не умеем связывать три зонда на расстоянии несколько миллионов километров друг от друга лазерными лучами, чтобы очень точно измерять расстояние и передавать данные.

Источники

Материал создан по следующим источникам:

Официальный пресс-релиз ЕКА
Видеозапись пресс-конференции создателей LISA Pathfinder
AMA ученых проекта на Reddit
12.10.2017, 15:42
Zed

Вроде как зафиксировано ещё одно событие, на этот раз совместно с европейцами:

Цитата:

Гравитационные волны впервые зафиксировали тремя антеннами

Henze/NASA

Совместная работа пары американских гравитационно-волновых антенн LIGO и европейской VIRGO позволила уловить сигнал от слияния двойной черной дыры. Это событие, получившее название GW170814, стало четвертым зарегистрированным событием подобного рода. Подробности об открытии ученые сообщили в пресс-релизе. Научную статью можно скачать с сайта VIRGO.

Новое событие было зарегистрировано 14 августа. Согласно моделям, произошло слияние двух черных дыр с массами около 31 и 25 солнечных. Расстояние до системы составляет около 1,8 миллиарда световых лет. В результате слияния получилась черная дыра с массой примерно 53 солнечных, что означает излучение в виде гравитационных волн энергии, соответствующей трем массам Солнца. Благодаря совместной работе трех антенн предполагаемая область на небе, откуда пришел сигнал, оказалась гораздо меньше, чем для трех предыдущих регистраций.

«Несмотря на то, что регистрация гравитационных волн детекторами LIGO от слияния черных дыр в отдаленных областях Вселенной становится почти обыденным событием, последнее является знаменательным. Впервые гравитационные волны были зарегистрированы также и третьим детектором, созданным коллаборацией VIRGO, который присоединился к наблюдениям после значительной модернизации 1 августа 2017 года», — говорит профессор физического факультета МГУ Валерий Митрофанов.
Использование находящихся на большом расстоянии детекторов также позволяет изучить дополнительные свойства гравитационных волн. В частности, удалось оценить их поляризацию, которая оказалась в согласии с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна.

«Регистрация гравитационных волн детектором VIRGO, находящимся на другом континенте и значительно отличающимся по конструкции от двух почти идентичных детекторов LIGO, позволяет полностью забыть об и без того крайне маловероятной возможности, что предыдущие события вызывались какими-то земными причинами», — говорит профессор физического факультета МГУ Фарит Халили.

LIGO и VIRGO — это лазерно-интерферометрические гравитационно-волновые обсерватории, основной задачей которых является экспериментальное обнаружение гравитационных волн космического происхождения. Первые официальные сообщения о регистрации возмущений метрики пространства-времени были сделаны в феврале 2016 года. С тех пор было заявлено о трех событиях, все из которых, согласно моделям, являются слияниями пар черных дыр. Европейский инструмент VIRGO присоединился к активным поискам в этом году после модернизации.

Часть научного сообщества критически относится к сообщениям о регистрации гравитационных волн. В частности, группа физиков заявилао скоррелированности шума на паре американских установок, что указывает на неполное очищение сигнала от возможных помех. Коллаборация LIGO должна выпустить статью с ответом на замечания в ближайшее время.

https://indicator.ru/news/2017/09/27...volny-v-4-raz/